为了了解MEMS汽车导航系统的未来,我采访了ACEINNA公司(波士顿,MA)的首席执行官杨钊和市场营销和业务发展副总裁泰欧曼·乌斯顿。

金宝搏官网技术简介:为什么你称ACEINNA IMUs为下一代?

赵:杨在理想情况下,你可以用一个摄像头驾驶汽车。但为了实现所有时间的安全性和可用性,自动驾驶汽车越来越依赖额外的传感器技术。然而,视觉、雷达、激光雷达、GNSS、RTK等传感器在某些情况下都可能失明。IMU是唯一一个在所有其他传感器失效时仍能继续工作的传感器。我们面临的挑战是增加使用IMU进行航迹推算是可靠的时间。我们目前的产品更像是一个高端的工业水平,但设计用于融入客运卡。

Teoman Ustun:我们开发的革命性MEMS技术将在硅MEMS解决方案的价格点实现光纤陀螺仪的性能。这基本上是一种变化的技术。

每一代我们都在改进IMU的性能,包括角随机游走(ARW)、偏置不稳定性和抗振动/冲击能力。在最新的一代中,我们还添加了三重冗余架构,这非常重要,原因有二。它提高了汽车级的可靠性,也提高了IMU的性能。例如,据我所知,我们在市场上拥有唯一的ASIL-B ISO 26262(汽车安全完整性等级)合格的惯导系统(INS),集成了三冗余IMU。这一资格基本上给了汽车客户信心,即我们的传感器将在车辆的整个使用寿命内稳定地生成数据。

我们最新的imu还具有开放的架构特性,使我们的客户能够利用他们的专业知识或在我们的硬件中实现他们的秘密调味酱。

赵:航空航天级IMU具有优良的稳定性,但体积大、重量重、价格昂贵——参见图1不同IMU等级的比较。我们的目标是将接近导航级别的IMU系统推向市场。今天,你可以得到导航级的imu,但它们都使用光纤陀螺仪价格在数万美元左右。它们体积大、重量重、价格昂贵,但在航空电子和军事领域,这并不是一个致命因素。

但说到在车里使用IMU,没人会付那么多钱。所以,我们要做的是开发新一代的MEMS IMU技术,可以达到导航级的性能,可以接近光纤陀螺的性能水平。不像其他最初以消费级imu为目标,现在正试图将其转移到性能更高的应用程序,我们从高性能的工业级应用程序入手,为我们的汽车传感器设定要求。

我们引进的最新汽车产品具有成本效益。它们基本上是自下而上设计和开发的,为高容量应用程序提供价格/性能优化。我们的目标是低于500美元,最终甚至更低。

金宝搏官网技术简介:你能解释一下提高你的新IMU的准确性、稳定性和可靠性的一些特性吗?

Ustun:首先,我们的IMU传感器有三重冗余-有三个加速度计和三个陀螺仪。我们监控所有关键参数,包括电压、电流和温度,以及单个imu的性能。有了这个三重冗余,我们就可以实现持续的自我测试。通过对这三组数据流的比较,我们获得了陀螺和加速度计性能的良好可信度。

图2.六个自由度。(Courtesy of ACEINNA, Inc.)

我们还有六个自由度:三个加速度计和三个陀螺仪测量XYZ轴。陀螺仪测量转速,当集成时,在角度位置变化。加速度计测量加速,当集成时提供速度并在再次集成时,给出位置。通过处理陀螺数据和加速度计数据,并使用针对给定应用程序优化的滤波器和算法,我们得到了卷,俯仰和偏航的真正准确的角度数据(参见图2)。汽车应用最关键的数据是偏航,这表明汽车漂移的程度。沥青表示您是否上山山上。希望你永远不会在你的车里看到一卷。

金宝搏官网技术简介:你能在什么时间段内保持什么样的精确度?

Ustun:这很难说,因为这取决于很多不同的情况。目前我们必须达到泳道水平的精度。一条车道大约三米宽,一辆客车大约两米宽。因为你要确保你没有超出车道,在你漂移太远之前,你大约有正负半米的距离。在典型的汽车速度下,半米的修正可以在不到一秒的时间内实现。因为,根据航迹推算,你可以在60到90秒内保持所需的精度,我们的IMU可以很容易地让汽车保持在它的车道内。

图3。实时运动学(Real-Time Kinematics, RTK)是一种提高GNSS接收机定位精度的技术。(Courtesy of ACEINNA, Inc.)

金宝搏官网技术简介:IMU会给你相对精度。那么绝对准确性呢?

Ustun:绝对位置数据通常来自GNSS信号。历史上,GNSS接收机的定位精度一直是一米以上。因此,GNSS本身不足以满足低于2cm的车道级精度要求。

图4.完整定位系统。(Courtesy of ACEINNA, Inc.)

实时运动学(Real-Time Kinematics, RTK)是一种提高GNSS接收机定位精度的技术。它使用了一个基站网络,可以向我们的车载RTK定位引擎发送修正,该引擎利用这些修正来更准确地重新计算其位置。

RTK是您可以购买或订阅许多来源的服务。我们看到的越来越多的是通信基础设施 - 即使是电信服务提供商,如Verizon,Softbank或中国移动 - 已经开始提供RTK服务。从我们的产品角度来看,我们对服务提供商无所不在 - 我们打算支持任何和每一个RTK服务提供商,以帮助客户实现他们正在寻找的准确性限制。我们正在提供硬件和软件的解决方案。

虽然我们不提供服务,但我们让客户选择最适合他们的。但是,我们会首先对这些服务进行限定。我们确保它们与我们的硬件和软件兼容。然后我们把它放在我们的网站上,让客户从服务提供商列表中灵活选择。最常见的是,RTK是通过4G LTE网络提供的服务。如果没有4G LTE接收,也有其他方法来接收校正信号,比如卫星通信。

对于RTK,将基站设置在一个网络中:根据经验,通常将基站设置在50英里半径内。这些基站的定位使它们的位置被非常准确地知道。修正是通过测量GNSS信号和一个基站的准确已知位置之间的误差产生的。

因此,我们有一个全面的解决方案:一个包括我们的三冗余高性能六自由度IMU和双频GNSS接收机两种不同形式因素的惯性导航系统。一个是模形式因子。如果客户想要在他们自己的引擎控制单元(ECU)中回流,他们可以这样做,或者他们可以使用我们打包的即插即用解决方案。基本上,你只需连接GPS/GNSS天线,系统将在CAN总线或以太网上运行。

本文由《传感器技术》编辑Ed Brown撰写。欲了解更多信息,请访问在这里


传感器技术杂志

本文首次发表于《华尔街日报》2021年6月号传感器技术杂志。

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